Ф.16. ФУНДАМНЕТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

ферного или другого типа, иногда – гидроразмыв грунта. После опус5 кания колодца до заданной отметки его внутренняя полость частично или полностью заполняется бетоном. Опускной колодец может быть использован для устройства заглубленных в грунт помещений.

Ф.16.3. Из каких материалов выполняются опускные колодцы?

Материалами являются камень, кирпич (кладка), дерево, металл, бетон и железобетон. Чаще всего применяются бетон и железобетон.

Ф.16.4. Какую форму в плане имеют опускные колодцы?

В плане опускные колодцы имеют симметричную форму, могут быть круглыми, квадратными, прямоугольными, с внутренними перегородками или без них (рис.Ф.16.4). Наиболее рациональной является круглая форма. Острые углы в плане округляются. Симметрия определяется тем, что при этом уменьшается вероятность перекосов опускных колодцев при их погружении.

Рис.Ф.16.4. Различные формы поперечного сечения опускных колодцев

Опускные колодцы в плане часто повторяют контур сооружения, например мостовой опоры, водозаборного устройства и т.д. При выполнении опускного колодца стремятся, чтобы периметр по отношению к его площади был наименьшим (это необходимо, чтобы уменьшить силы трения по боковой поверхности, препятствующие его погружению), а площадь опирания − наибольшей. Ею определяются опорные давления на подстилающий слой от внешней нагрузки и возможность использования внутреннего помещения в опускном колодце, нужного для размещения оборудования.

Использование железобетона позволяет по отношению к чисто бетону сделать более тонкими стенки, а также, в случае необходимости, применить для колодца более сложную форму.

354

Ф.16.5.Какие конструктивные особенности имеют опускные колодцы?

Снизу опускные колодцы имеют ножевую режущую часть − в стенке делается скос с внутренней стороны. Ножевая часть усиленно армируется, в нее могут закладываться металлические прокатные профили − уголки или швеллеры. Толщина режущей части понизу составляет 1505400 мм. Наружные стенки колодца либо полностью вертикальные, либо ступенчатые с уменьшением диаметра кверху, либо наклонные. Толщина стен иногда достигает 252,5 м. Уступ позволяет снизить трение о грунтовый массив при опускании, а также уменьшить расход материала, так как боковое давление на колодец кверху уменьшается. Наклон образующей боковой поверхности к вертикали делается обычно менее 1°, но он может затруднить вертикальность при опускании колодца; поэтому возможно возникновение перекосов. Ступенчатость также определяется исходя из такого же малого уклона. Бетонирование колодца ведется обычно на месте ярусами по мере его опускания. Глубина опускных колодцев может быть назначена любой из условий практической необходимости, а разработка грунта в них может осуществляться как с водоотливом, так и без него. Извлечение грунта осуществляется либо сверху грейфером, либо (при осуществлении водопонижения и осушения) путем погружения после опускания механизма внутрь колодца. При разработке грунта внутри колодца может применяться гидромеханизация.

Ф.16.6. Какие наибольшие размеры имеют построенные опускные колодцы?

Наиболее крупный колодец, построенный в России, имеет размеры в плане 78×28 м, глубина погружения 26 м, толщина стен внизу 3,8 м, вверху − 1,9 м. Сборные опускные колодцы имеют диаметр более 20 м, а глубину погружения − 30540 м. Один из самых крупных сборных опускных колодцев имеет диаметр 38 м, глубину погружения − 60 м. Из унифицированных панелей собираются колодцы высотой до 11 м. При необходимости они затем наращиваются. Сборные колодцы возводятся диаметром 8524 м, глубиной − 25 м и более.

Ф.16.7. Как осуществляется погружение опускного колодца?

Опускание колодцев производится с поверхности под действием собственного веса. Погружение должно вестись строго вертикально, без перекосов. В случае оседания с одной стороны пригружается другая сторона для выравнивания. Обследуется возможность препятствия для погружения − валунов, стволов погребенных деревьев и др. Водо5 понижение может облегчить опускание, так как при этом снижается действие противодавления воды. Для облегчения опускания могут применяться местные гидроподмыв и выборка грунта.

355

Ф.16.8. Что представляет собой "тиксотропная рубашка"?

При погружении опускных колодцев они могут "зависнуть" из5за боль5 шого трения на контакте с грунтом массива, в который они погружаются. Чтобы этого не было, в полость между массивом и боковой поверхностью колодца нагнетается глинистый раствор, образующий так называемую "тиксотропную рубашку". Этот раствор приготовляется из бентонитовых глин, обладающих тиксотропными свойствами, то есть глин, переходящих в желеобразное состояние. Затем, после окончания опускания колодца, боковое пространство заполняется цементно5песчаным раствором.

Ф.16.9. Какие сложности могут возникнуть при опускании колодца?

При опускании колодца могут возникнуть перекосы, зависание, само5 произвольное опускание, трещины в стенах. Перекосы устраняются более интенсивной разработкой грунта в местах, где затруднено опускание, местной дополнительной пригрузкой, местным уменьшением бокового трения путем частичной откопки. Зависание устраняется увеличением веса, уменьшением бокового трения. При самопроизвольном опускании можно подвести подкладки под ножевую часть колодца.

Ф.16.10. На какие усилия рассчитывается опускной колодец?

Расчет ведется на строительные и эксплуатационные нагрузки. Действующие нагрузки: собственный вес колодца; силы трения по боковой поверхности; боковое давление грунта на стенки колодца; давление воды снаружи и изнутри. Стенки колодца рассчитываются на отрыв нижней части при наличии зависания в верхней части, на изгиб. Колодец в целом рассчитывается на возможность опускания при воздействии собственного веса. При устройстве днища в колодце следует произвести проверку возможности его всплытия при повы5 шении уровня воды.

Ф.16.11. Что представляет собой кессон?

Кессоны применяются тогда, когда опускание опоры глубокого заложения должно производиться ниже уровня воды и требуется ручная разработка грунта. Кессон − это опрокинутый вверх дном ящик, образующий камеру, в которую нагнетается под давлением воздух таким образом, чтобы выдавить всю воду и осушить разрабатываемый грунт. Этот способ более сложен и дорог, чем применение опускного колодца, но он позволяет "добраться" до разрабатываемого грунта вручную. После окончания опускания кессона его камера заполняется бетоном.

Ф.16.12. Из чего состоит кессонная установка?

Установка для опускания кессонной опоры состоит из:

1)кессонной камеры;

2)шахты;

356

3)шлюзового аппарата;

4)компрессорных установок для нагнетания воздуха.

Кессонная камера железобетонная, имеет высоту не менее 2,2 м. В нижней части по периметру имеется ножевое устройство, как и у опускного колодца. Шлюзовой аппарат обеспечивает возможность вхо5 да человека в ствол5шахту, где давление воздуха выше атмосферного и, затем, по окончании работ, выхода его оттуда, а также используется для извлечения грунта. В шахте устраивается лифт5подъемник. Надкессон5 ное строение возводят либо сразу на всю высоту, либо ярусами с на5 ращиванием по мере необходимости.

Рис.Ф.16.12. Кессон:

а – для использования подземного пространства (разме5 щения в нем оборудования); б – для использования как опоры сооружения;

1 – кессонная камера; 2 – надкессонное строение; 3 – шахтная труба; 4 – шлюзовой аппарат; 5 – гидро5 изоляция; 6 – защитная стенка

357

Ф.16.13. Как производятся кессонные работы?

После монтажа и опробования установки по нагнетанию воздуха начинается опускание кессона, для чего из5под ножа камеры выни5 маются подкладки. Сжатый воздух в камеру начинает подаваться после достижения ножевой частью камеры уровня воды. Давление регули5 руется таким образом, чтобы "выдавить" воду из камеры. Максималь5 ная глубина опускания кессона не более 40 м ниже уровня подземной воды, так как большее избыточное давление (более 40 кПа) человек обычно не выдерживает. Адаптация человека к повышенному давле5 нию занимает до 15 мин, а обратный процесс продолжается до 1 часа.

Если кессон опускается, то для форсирования опускания временно понижается внутреннее давление в камере, а вокруг ножевой части внутри применяется глиняная обкладка, препятствующая притоку воды внутрь камеры. Для разработки грунта внутри камеры при5 меняется гидромеханизация. Отработанный грунт удаляется гидроэле5 ваторами или бадьями с использованием лифта. Кессоны сейчас используются значительно реже, чем опускные колодцы или другие виды фундаментов глубокого заложения.

Ф.16.14. Что представляют собой тонкостенные оболочки?

Фундаменты глубокого заложения могут быть выполнены в виде тонкостенных оболочек. Это пустотелые железобетонные цилиндры диаметром 153 м. Толщина стенки − 12 см. Секция имеет длину 6512 м. По мере необходимости секции наращиваются. Соединения в стыках осуществляются путем сварки или на болтах. Для погружения в песчаные грунты применяется вибрация. В нижней части опоры делается ножевое устройство. После погружения внутренняя полость заполняется бетоном. Имеются варианты толстостенных оболочек (до 20 см) и с поперечной диафрагмой. Диафрагма имеет отверстие для извлечения грунта. Оболочка погружается до скальных пород, а нижний ее конец заделывается в скалу. В нижней части для заделки в скалу может быть сделано уширение. Его полость бетонируется, но предварительно в эту зону погружается арматура.

Ф.16.15. Что представляют собой буровые опоры?

Буровые опоры − это бетонные столбы, устраиваемые в пробу5 ренных скважинах, то есть набивные сваи большого диаметра. Бетонирование ведется под защитой либо обсадных труб, либо гли5 нистого раствора, удерживающего стенки скважин от обвала. Они работают как сваи5стойки, поскольку их доводят до плотных грунтов, на которые они опираются. В нижней части для уменьшения давления на грунты делается уширение. Тело опор армируется. Несущая

358

способность до 10 МН и более. Диаметр 0,451,2 м. Глубина погружения до 30 м и более.

Ф.16.16. Что представляет собой конструкция "стена в грунте" и для чего она применяется?

Способ предназначен для устройства фундаментов заглубленных в грунт сооружений. По контуру сооружения отрывается узкая глубокая траншея, которая заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами. Стена в грунте применяется для устройства фундаментов тяжелых зданий, подземных этажей, гаражей, переходов, водопроводно5канализационных сооружений, противо5 фильтрационных сооружений и др.

Эти конструкции особенно эффективны в грунтах с высоким стоянием уровня грунтовых вод, а также при возведении в условиях плотной городской застройки. Стена в грунте отделяет массив, находящийся непосредственно под зданием или сооружением, от окружающего пространства, что позволяет увеличить несущую спо5 собность основания и уменьшить осадки, более эффективно ис5 пользовать подземное городское пространство. Эти конструкции справедливо получили широкое распространение в последнее время.

Ф.16.17. Какая технология применяется при строительстве стены в грунте?

Можно подразделить на следующие этапы устройство стены в грунте. По контуру сооружения отрывается форшахта для землеройных машин, ширина которой немного больше ширины траншеи, глубина до 0,8 м; при высоком стоянии грунтовых вод для установки машин делается песчаная подсыпка; откапывается на полную глубину узкая траншея для сооружения секций стены захватками до 30550 м каждая; по ее торцам устанавливаются ограничители, после чего в траншею закладывается арматура, и она заполняется бетоном. Возможно также изготовление стены в грунте из сборных элементов. Для того чтобы стенки траншеи не обваливались, в особенности при высоком стоянии грунтовой воды, ее заполняют глинистым раствором из бентонитовой глины, уровень которого должен быть выше уровня грунтовой воды.

Выемка грунта осуществляется грейфером двухчелюстного типа или многоковшовым экскаватором типа фрезы. Такими механизмами отрываются траншеи глубиной до 8 м. Зазоры между сборными элементами заполняются цементным раствором для придания стене монолитности. После возведения стены в грунте и твердения бетона из внутреннего замкнутого пространства удаляют грунт и выполняют днище сооружения.

359

Ф.17. КОТЛОВАНЫ. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ СООРУЖЕНИЙ

Ф.17.1. Что называется котлованами и для каких целей они устраиваются?

Котлован − выемка в грунтовом массиве, служащая для устройства фундаментов, монтажа подземных конструкций, прокладки тоннелей. Выемки малой ширины с большой длиной называются траншеями, а небольших размеров в плане и имеющие большую глубину – шахтами.

Ф.17.2. Что указывается на чертежах котлована?

Даются горизонтальная и вертикальная привязки, размеры понизу и поверху, абсолютные отметки дна и заглублений, заложение и уклон откосов, решения по водопонижению или водоотливу.

Ф.17.3. Что следует предусматривать, если котлован отрывается глуF бокой осенью или в зимнее время?

Грунты в основании следует защитить от промораживания, а их дно – от увлажнения атмосферными водами. Чтобы предотвратить промораживание, либо недобирают котлован до требуемой отметки, оставляя эти работы на время с положительными температурами воздуха, либо накрывают его теплоизолирующим материалом, напри5 мер шлаками. Если котлован устраивается в условиях плотной го5 родской застройки, то придание откосам котлована требуемой по соображениям устойчивости крутизны не всегда возможно осущест5 вить. В этих случаях устраивается крепление бортов котлована.

Ф.17.4. Что делается при необходимости заглубления подошвы суF ществующего фундамента ниже дна проектируемого котлована?

В этом случае под существующий фундамент подводится новый фундамент таким образом, чтобы отметка его подошвы не оказалась выше дна котлована. Представляется возможным также при неболь5 шом перепаде отметок отгородить существующий фундамент шпунтовой стенкой или стенкой из буроинъекционных свай.

Ф.17.5. Как определяются основные размеры проектируемого котлована?

К основным размерам котлована относятся его размеры по дну, по верху и глубина. Размеры по дну определяются размерами подземного контура сооружения, к которым добавляются размеры, требующиеся по условиям производства работ для устройства опалубки, установки

361

оборудования, в том числе для крепления бортов, если оно предусмат5 ривается. В размеры котлована поверху включается также ширина откосов котлована.

Ф.17.6. В каких случаях можно не рассчитывать откосы котлована на устойчивость?

Котлованы с естественными откосами бортов устраивают в сухих и маловлажных грунтах. При глубине котлованов до 5 м устойчивость откосов можно не рассчитывать, а назначать их уклон в зависимости от вида грунта и глубины (градации глубины 1,5; 3 и 5 м). При большей глубине, а также при высачивании подземных вод в котлован расчеты устойчивости откосов производятся обязательно.

Ф.17.7. В каких случаях допускается устраивать вертикальные борта?

Выемки с вертикальными стенками без крепления можно устра5 ивать в твердых и тугопластичных глинистых грунтах. В твердых грунтах глубина такой выемки не более 3 м, в пластичных − 151,5 м. При большей глубине обязательно предусматривается крепление бортов котлована.

Ф.17.8. Из каких элементов состоит крепление бортов котлована?

Наиболее простое крепление состоит из забитых в грунт балок или труб, за которые горизонтально постепенно, по мере разработки кот5 лована, закладывают доски. Крепление выбирается в зависимости от глубины котлованов, свойств грунтов, уровня подземных вод и размеров котлована. Если котлованы имеют ширину более 4 м и если мешают распорки, то применяют анкерные и подкосные крепления. Для глубоких котлованов предусматривают шпунтовое ограждение. Предпочтительно использование металлического шпунта, имеющего неоднократную оборачиваемость. Возможно применение деревянного шпунта. Железобетонный шпунт целесообразен, когда он может потом войти в само сооружение (причалы, набережные). Металлический шпунт погружается паровоздушными или дизель5молотами, а также вибропогружателями. Шпунтовые крепления опускаются ниже по5 дошвы котлована, заделываются в грунт, а в верхней части может быть осуществлено анкерное крепление.

Ф.17.9. Какая схема используется для расчета безанкерных и анкерных шпунтовых стен?

Необходимо отыскать точку в массиве, при достижении которой активное давление на стену было бы равно пассивному давлению, возникающему со стороны котлована. Расчет ведется на нагрузку, представляющую разность этих двух взаимно уравновешенных эпюр. Для анкерных стен принимается та же эпюра давлений грунта, но вводится дополнительная шарнирная опора в месте расположения

362

анкера. Дополнительно могут быть учтены и силы трения грунта по шпунтовой стенке.

Ф.17.10. Как устраивается защита котлованов от подтопления?

Водопонижение осуществляется с помощью открытого водоотлива и (или) глубинного водопонижения. Противофильтрационной завесой может служить шпунт, забитый до водоупора, а также можно при5 менить искусственное замораживание.

Ф.17.11. Как устраивается открытый водоотлив?

Воду откачивают насосом из котлована. Затем устраивают во5 досборные канавы глубиной 0,350,6 м и более глубокие приямки. Однако при этом может возникнуть оплывание откосов, и их при5 ходится пригружать песчано5гравийной смесью. На основе расчетов устанавливается приток воды на 1 м2 дна котлована в м3/ч.

Ф.17.12. Как устраивается глубинный водоотлив?

Чаще всего для этого используются иглофильтровые установки (рис.Ф.17.12).

Рис.Ф.17.12. Водопонижение легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ):

а – одноярусное; б – двухъярусное:

1 – иглофильтры верхнего яруса; 2 – то же нижнего яруса; 3 – дно котлована; 4 – конечное положение пониженного уровня подземных вод

Иглофильтр представляет собой стандартную трубу диаметром 38550 мм. В нижней части устраивается фильтровальное звено. Трубы иглофильтров погружаются на 357 м ниже дна котлована. Шаг 0,75–1,5 м. Иглофильтры соединяются с коллекторами из труб диаметром 1005200 мм гибкими шлангами. ЛИУ служат для понижения уровня подземных

363

вод на 455 м. Специальные эжекторные фильтры понижают уровень подземных вод на глубину до 25 м. ЛИУ применяются в песках крупных, средних, мелких. Эжекторные установки рекомендуются для пылеватых песков и супесей с коэффициентом фильтрации 0,1 м/сут. (1054 см/с). При меньших коэффициентах фильтрации используются вакуумирование и электроосушение. Иглофильтры служат катодами (–), стержни − анодами (+). Ток напряжением 30560 В.

Ф.17.13. Как осуществляется замораживание грунта с целью защиты котлована от подтопления?

Искусственное замораживание заключается в создании стенки, за5 глубленной в водоупор на 253 м. Охлаждающий раствор, циркули5 рующий по трубам, − аммиак или жидкий азот с температу5 рой –15...–20 °С. Шаг труб равен 0,9–1,5 м. Получаются цилиндры, об5 разующие общую стенку. Для защиты от притока подземных вод достаточно иметь стенку толщиной 10515 см. Если она ограждает кот5 лован, то ее рассчитывают на прочность. Первый этап − активное замораживание, второй этап − поддерживание преграды в замерзшем состоянии. Активное замораживание занимает 40570 суток. При замораживании пылеватых грунтов проявляется морозное пучение. Следует избегать промораживания ниже подошвы фундаментов. При протаивании замерзший грунт становится слабее.

Ф.17.14. Что представляет собой битумизация и когда ее применяют?

Битумизация применяется в трещиноватых скальных грунтах с большим притоком воды. В трещиноватый грунт нагнетается разо5 гретый до жидкого состояния битум. Он подается через инъекто5 ры − трубы диаметром 40550 мм, устанавливаемые в скважинах ди5 аметром 100 мм. Расстояние между инъекторами − до 1 м. Можно таким же образом для предотвращения фильтрации воды нагнетать це5 ментный раствор или экологически безвредные синтетические смолы.

Ф.17.15. Какие существуют способы защиты помещений и фунF даментов от действия подземных вод и сырости?

Попадая в фундаменты, влага при промерзании способствует развитию трещин. При высоком стоянии подземных вод возможно затопление подвальных помещений. Применяются три способа борьбы с сыростью: отвод дождевых и талых вод с площадки строительства, устройство дренажей, применение гидроизоляции.

364

Для отвода дождевых и талых вод применяются отмостка с уклоном от сооружения и устройство канав. Дренаж – система фильтров. Попавшие в дренажные устройства воды самотеком направляются в водоотводящие коллекторы. Используются следующие виды дренажей: траншейные, закрытые и трубчатые, пластовые. Траншейные зани5 мают большие площади. Закрытый беструбчатый − траншею запол5 няют фильтрующим материалом. Трубчатый дренаж – наиболее рас5 пространенный тип дренажа, когда укладывается дырчатая труба с обсыпкой песчано5гравийной смесью. В агрессивной среде применяют керамические или чугунные трубы. Их укладывают с уклоном 0,5 % при диаметре до 150 мм и 0,3 % при диаметре, большем 200 мм.

Дренажные галереи высотой не менее 1,3 м применяются в наи5 более ответственных случаях, по их дну устраивается бетонный лоток с уклоном не менее 0,3 %. Пластовый дренаж − слой фильтрующего материала – укладывается под всем сооружением. Вода отводится с помощью трубчатых дрен. Пластовый дренаж делается из двух слоев: нижнего не менее 100 мм – из песка и верхнего не менее 150 мм − из щебня или гравия. Может также применяться пристенный дренаж − вертикальный слой снаружи фундамента. Этот дренаж соединяется с пластовым.

Ф.17.16. Для чего и как осуществляется гидроизоляция?

Гидроизоляция осуществляется для обеспечения водонепроницае5 мости заглубленных в грунт сооружений, защиты от коррозии фунда5 ментов и подземных конструкций. Иногда применяют прослойку из цементного раствора толщиной 253 см или 152 слоя рулонного материала на битумной мастике. Если уровень воды ниже пола подвала, то выполняют обмазку 152 раза наружной поверхности стен горячим битумом. Если уровень воды выше пола подвала, то гидро5 изоляцию делают в виде сплошной оболочки, защищающей поме5 щение снизу и по бокам. Вертикальная гидроизоляция наклеивается снаружи. Для предохранения от повреждений ее ограждают стенкой из кирпича или бетонных блоков. Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняется цементным раствором. Напор должен уравновешиваться весом конструкции пола. В слабоагрессивных водах может использо5 ваться жирная перемятая глина, в более агрессивных водах − битумная или полимерная мастика. Делается также оклеечная гидроизоляция из битумных рулонных материалов. В агрессивных водах применяются стойкие к ним цементы (рис.Ф.17.16).

366

Ф.18. ФУНДАМЕНТЫ НА СТРУКТУРНО-НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ

Ф.18.1. Какие грунты относят к структурноFнеустойчивым?

К структурно5неустойчивым грунтам относятся грунты, обла5 дающие в природном состоянии структурными связями, которые при определенных воздействиях ослабляются или полностью разрушаются. Эти воздействия могут заключаться в существенном изменении температуры, влажности, приложении динамических усилий. К струк5 турно5неустойчивым относятся мерзлые и вечномерзлые грунты, лессовые просадочные грунты, засоленные и заторфованные грунты, рыхлые пески, набухающие грунты и др. Неучет специфических свойств этих грунтов может привести к нарушению устойчивости зданий и сооружений, к чрезмерным их деформациям.

Ф.18.2. Почему структурноFнеустойчивые грунты часто относят к региональным типам грунтов?

Потому, что эти грунты часто группируются в пределах опре5 деленных географо5климатических зон и тяготеют к определенным регионам страны, преобладают в одних регионах и практически могут отсутствовать в других.

Ф.18.3. Как можно подразделить мероприятия, осуществляемые при строительстве в особых грунтовых условиях?

Мероприятия можно подразделить на четыре группы:

1)Исключение неблагоприятных воздействий на грунты осно5 вания.

2)Улучшение свойств грунтов основания, то есть превращение естественного состояния в искусственное.

3)Конструктивные мероприятия, понижающие чувствительность зданий и сооружений к неравномерным деформациям.

4)Применение специальных типов фундаментов.

Ф.18.4. Какие грунты считаются мерзлыми и вечномерзлыми?

Мерзлыми называются грунты, имеющие отрицательную темпе5 ратуру и содержащие в своем составе лед. Вечномерзлыми называются грунты, которые в условиях природного залегания находятся непре5 рывно в мерзлом состоянии без оттаивания в течение многих лет (условно трех лет и более). Таким образом, "мерзлый" − это состояние грунта.

368

Ф.18.5. На какие категории подразделяются мерзлые грунты?

В зависимости от состава и температурно5влажностных условий грунты подразделяются на твердомерзлые, пластично5мерзлые и сыпу5 чемерзлые. Твердомерзлые грунты − это крупнообломочные при тем5 пературе T<0 °C и суммарной влажности w>0,03; пески при T< –0,3 °C

иглины при T< –1,5 °C. Твердомерзлые грунты прочно сцементи5 рованы льдом и практически несжимаемы, E>100 МПа, разрушаются хрупко. Пластично5мерзлые грунты имеют более высокую температуру,

сжимаются больше, чем твердомерзлые, обладают вязкими свойствами. Сыпучемерзлые − крупнообломочные и песчаные грунты, частицы не сцементированы льдом, и их свойства под влиянием понижения температуры практически не изменяются.

Ф.18.6. От чего главным образом зависит сопротивление сдвигу мерзлых грунтов?

Сопротивление сдвигу мерзлых грунтов, так же, как и грунтов талых, зависит от их вида, состояния, нагрузки и времени ее воздей5 ствия, а также температуры.

Сопротивление сдвигу формируется в основании за счет сцепле5 ния, которое уменьшается при длительном действии нагрузки. При от5 таивании мерзлых грунтов их сопротивление сдвигу резко снижается.

Ф.18.7. Как влияет оттаивание мерзлых грунтов на их сжимаемость?

Сжимаемость мерзлых грунтов зависит от температуры, влажности

ивремени действия нагрузки (рис.Ф.18.7). При близкой к нулевой температуре мерзлые грунты могут сильно сжиматься. Сжимаемость оттаивающих грунтов может значительно превышать их сжимаемость в мерзлом со5 стоянии. При оттаивании льда в мерзлом грунте про5 исходит его просадка. Осадка бывшего мерзлым грунта после его оттаивания скла5 дывается из осадки за счет оттаивания в нем льда и

369

Ф.18.8. Какие существуют два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и чем они различаются?

Имеются два принципа строительства на вечномерзлых грунтах: I − грунты основания используются в мерзлом состоянии, которое сохраняется в течение строительства и эксплуатации здания или сооружения, и II − когда в грунтах основания допускается оттаивание предварительное в период строительства и эксплуатации зданий или сооружений. Использование I принципа предпочтительнее.

Ф.18.9. Когда рекомендуется использование I принципа строительства в условиях вечной мерзлоты?

Этот принцип рекомендуется, когда грунты находятся в твер5 домерзлом состоянии и оно может быть сохранено. Для пластич5 но5мерзлых грунтов обычно следует предусматривать дополнительное охлаждение основания.

Ф.18.10. Когда применяется II принцип строительства на вечноF мерзлых грунтах?

Второй принцип применяется при неглубоком залегании скальных грунтов, а также при наличии малосжимаемых при и после оттаивания грунтов. Величины осадок на оттаявших или оттаивающих грунтах рассчитываются с учетом фактора оттаивания, процесс которого про5 исходит во времени.

Ф.18.11. Можно ли рекомендовать использование двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований на одной застраиваемой территории?

Нет, в пределах одной территории следует рекомендовать исполь5 зовать только один принцип.

Ф.18.12. Какие мероприятия применяются для грунтов при строиF тельстве на них по I принципу?

При строительстве на вечномерзлых грунтах, используемых по I принципу, чтобы сохранить в них мерзлое состояние, можно: возводить здание на подсыпках, устраиваемых их песков, крупно5 обломочных грунтов, шлаков; устраивать вентилируемые принуди5 тельно или открываемые на зиму и закрываемые на лето подполья; устраивать в зданиях неотапливаемые первые этажи; устраивать подсыпки с охлаждающими трубами, по которым в зимнее время циркулирует холодный воздух; устраивать промораживающие осно5 вание колонки.

Ф.18.13. В каких грунтах и как устраивается предпостроечное отF таивание при строительстве по II принципу?

Оно наиболее предпочтительно в крупнообломочных грунтах, обладающих большим коэффициентом фильтрации. При оттаивании

370

для ускорения может применяться парооттаивание с помощью игл, а также водооттаивание. Льдистые грунты можно заменить талыми песчаными или крупнообломочными грунтами. Возможно полное или частичное оттаивание грунтов в процессе эксплуатации сооружений. При этом следует учесть возможность больших дополнительных осадок и просадок грунтов. Оттаивание происходит обычно неравномерно под зданием − под краями оно запаздывает по сравнению с оттаиванием в середине. Оттаивание Должны производиться теплотехнические расчеты оттаивания.

При использовании II принципа должны предусматриваться кон5 структивные мероприятия по уменьшению чувствительности зданий к неравномерным осадкам, по увеличению жесткости и монолитности фундаментов с применением для них плит и перекрестных лент.

При использовании II принципа, для того чтобы приспособить конструкции к значительным и неравномерным осадкам, применяют либо гибкую статически определимую схему для здания, когда в нем при неравномерных осадках не будет возникать дополнительных усилий, либо разрезку здания на короткие жесткие блоки, дефор5 мирующиеся раздельно.

Ф.18.14. Влияет ли принцип использования вечномерзлых грунтов на глубину заложения фундаментов?

При наличии пучинистых грунтов учитывается возможность пучения при их промерзании. Фундаменты всех типов заглубляются в вечномерзлые грунты не менее чем на 1 м, а свайные − не менее чем на 2 м. При строительстве по II принципу глубина заложения устанав5 ливается с учетом глубины сезонного промерзания.

Ф.18.15. По какому предельному состоянию рассчитываются осноF вания, проектируемые по I принципу?

При твердомерзлых грунтах расчет ведется по первому предельному состоянию − по несущей способности, а при пластично5мерзлых − по первому и второму предельным состояниям.

При расчетах по несущей способности учитывается смерзание фундамента с вечномерзлым грунтом по его боковой поверхности.

Ф.18.16. По какому предельному состоянию рассчитываются фунF даменты на основаниях, проектируемых по II принципу?

Фундаменты в этом случае рассчитываются по второму предель5 ному состоянию − по осадкам. Наиболее сложным является расчет, когда оттаивание происходит в процессе эксплуатации. Под зданием имеется "чаша" оттаивания, и глубины зоны оттаивания неодинаковы по краям и в середине здания.

371

Ф.18.17. Возможно ли возникновение сил отрицательного трения, действующего на фундаменты при оттаивании грунтов основания?

Да, возможно, так как при оттаивании грунты могут существенно уплотняться под действием их собственного веса.

Ф.18.18. Следует ли проверять действие сил морозного пучения на недостроенные сооружения?

Да следует, поскольку нагрузка от недостроенных сооружений может быть недостаточной, чтобы противодействовать силам морозного пучения.

Ф.18.19. С чем связано морозное пучение грунта?

Пучение − это увеличение объема водонасыщенного грунта при его промерзании, связанное с тем, что вода, замерзая, увеличивается в объеме. При замерзании к фронту промерзания подтягивается вода из нижнего слоя; поэтому влажность у фронта промерзания становится больше, чем если бы имеющаяся в нем вода мгновенно замерзала. Под5 тягивание воды снизу зависит от коэффициента фильтрации; поэтому чем больше коэффициент фильтрации, тем легче происходит доувлажнение грунта. Из5за этого пылеватый песок и супесь более пучинисты, чем суглинок и тем более глина.

Ф.18.20. Какие два вида дополнительных усилий действуют на фундаменты при промерзании грунта рядом с ними?

Если происходит промерзание грунта, то он примерзает также и к боковой поверхности фундамента; поэтому, увеличиваясь сам в объеме, стремится вытолкнуть фундамент кверху. На фундамент в этом случае действуют касательные силы морозного пучения (рис.Ф.18.20).

Рис.Ф.18.20. Проявление сил морозного пучения грунта:

а – слой промерзания заканчивается выше подошвы фундамента; б – грунт промерзает ниже подошвы фундамента:

1 – дневная поверхность DL; 2 – фундамент; 3 – направление перемещения влаги к фронту промерзания;

F1 – касательные силы морозного пучения; F2 – нормальное давление морозного пучения; T – температура, °C

372

Если фронт промерзания опускается ниже подошвы фундамента, то начинает увеличиваться в объеме грунт под фундаментом; и за счет этих сил, именуемых нормальными силами морозного пучения, проис5 ходит выталкивание фундамента. Нормальные силы морозного пуче5 ния больше, чем касательные, и они более опасны. Поэтому закладывать фундаменты и рекомендуется ниже глубины промерзания. Процесс "выталкивания" фундамента вследствие промерзания грунта необратимый, после оттаивания опускание меньше, чем подъем.

Ф.18.21. Какой тип фундаментов рекомендуется при строительстве по I принципу?

Наибольшее распространение получили свайные фундаменты. На насыпях и подсыпках применяются столбчатые фундаменты. Глубина заделки свай в вечномерзлые грунты должна быть не менее 2 м.

Ф.18.22. Как устраиваются свайные фундаменты в вечномерзлых грунтах?

Вечномерзлые грунты обладают большой прочностью; поэтому устройство забивных свай возможно только в пластично5мерзлых грунтах. Применяются следующие виды устройства свай:

1)бурозабивные − забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины, имеющие поперечное сечение, чуть меньшее, чем у свай;

2)буроопускные − поперечное сечение у скважины больше, чем у сваи. В этом случае скважину выбуривают, а затем заполняют грун5 товым раствором и опускают в нее сваю. Она вмораживается в грунт;

3)опускные сваи − сначала оттаивают грунт паровой иглой, спускают сваю, затем она вмерзает в грунт.

В пластично5мерзлых грунтах лидерная скважина может выбури5 ваться, а может осуществляться ее проходка виброопусканием трубы,

служащей для извлечения грунта.

Далее устраивается ростверк − часто высокий, тогда получается теплоизоляция за счет воздуха. Могут устраиваться сваи5колонны.

Ф.18.23. Каким образом можно уменьшить влияние сил морозного пучения?

Осушение грунтов с помощью дренажа, отвод поверхностных вод, утепление грунтов около фундамента. Покрытие боковой поверхности фундаментов незамерзающими обмазками, применение обсыпок из слабопучинистых грунтов.

Ф.18.24. В чем особенности строительства сооружений на лессовых просадочных грунтах?

Особенность заключается в том, что при их обводнении возникают большие, часто неравномерные деформации − просадки, достигающие 1 м и – иногда – более. Просадки возникают при увлажнении − зама5

373

чивании грунтов при одновременном действии нагрузки от сооружений и собственного веса грунтов.

Ф.18.25. Какие условия необходимы для возникновения просадок?

Для возникновения просадок необходимы дополнительное увлаж5 нение просадочных грунтов и одновременно механическое уплот5 няющее воздействие в виде нагрузки от сооружения, от собственного веса грунта или динамического воздействия. Увеличение осадки возникает при замачивании водами, фильтрующимися с поверхности, а также при подъеме уровня подземных вод или вследствие нарушений в водонесущих коммуникациях.

Рис.Ф.18.25. График зависимости коэффициента пористости e от давления p для лессового просадочного грунта:

1 – при естественной влажности; 2 – просадка вследствие замачивания водой при давлении pзам; 3 – доуплотнение просевшего грунта

Ф.18.26. Какая влажность называется начальной просадочной и что именуется показателем просадочности?

Обычно лессовые просадочные грунты в естественных условиях обладают большой пористостью и малой влажностью. Структурные связи в этих грунтах легко растворяются в воде. Просадочность про5 является при дополнительном увлажнении, но начиная с определенной величины влажности, именуемой начальной просадочной. До достижения влажностью этой величины просадки практически не проявляются.

Просадочность оценивается показателем просадочности, представ5 ляющим собой линейную функцию разности коэффициентов пори5 стости грунта на границе текучести и при природном сложении.

374

Просадочными называются грунты, у которых показатель про5 садочности меньше установленного нормами. Этот показатель яв5 ляется номенклатурной величиной, и чем он меньше, тем больше грунт склонен к просадочности.

Ф.18.27. Как определяется относительная просадочность?

Относительная просадочность определяется по результатам испы5 тания образцов грунта в одометре. Опыт начинается с образцом грунта, имеющим естественную влажность, а затем при определенном значении давления к образцу подводится вода, вызывающая просадку, после чего нагружение продолжается. Относительная просадочность − это отношение высоты образца при заданном давлении, уменьшенной за счет его замачивания, к высоте незамоченного образца, обжатого нагрузкой, равной природной. Если это отношение более 0,01, то грунт считается просадочным.

Ф.18.28. Какое давление называется начальным просадочным?

Это такое давление, при котором относительная просадочность равна 0,01. Кроме того, введено понятие начальной просадочной влажности. Это такая влажность, при которой в условиях заданных давлений относительная просадочность равна 0,01.

Ф.18.29. Изменяются ли характеристики просадочного грунта после его замачивания?

Да, изменяются. При увлажнении структурные связи в грунте ослабляются и разрушаются. Резко снижается сцепление, угол внут5 реннего трения уменьшается, но незначительно. Резко увеличивается коэффициент сжимаемости.

Ф.18.30. Для какого состояния грунта определяется расчетное сопроF тивление лессового просадочного грунта?

В зависимости от предполагаемого дальнейшего состояния расчет5 ное сопротивление определяется применительно к нему: если до5 пускается возможность замачивания, то для увлажненного состояния; если предполагается грунт уплотнять или закреплять, то для этого состояния и определяются угол внутреннего трения и удельное сцепление, по которым рассчитывается величина расчетного сопро5 тивления R.

Ф.18.31. Для всех ли случаев следует рассчитывать просадочные деформации?

Расчет просадочных деформаций выполняется для случаев, когда не предусматривается устранение просадочных свойств или когда они устраняются частично, а рекомендуемые противопросадочные меро5 приятия могут быть недостаточными.

375

Ф.18.32. Вследствие чего может возникнуть полное или локальное замачивание лессового грунта?

Замачивание лессового грунта происходит за счет инфильтрации с поверхности за счет атмосферных осадков, таяния снега, полива растительности, неисправностей в коммуникациях, а снизу − за счет капиллярного подъема и за счет общего подъема уровня подземных вод вследствие изменения тепловлажностного режима, что характерно для населенных пунктов при асфальтировании поверхностей и др.

Ф.18.33. По какому признаку устанавливается тип просадочности?

Просадка грунта возникает под действием нагрузок, передаваемых фундаментами, и от собственного веса грунта. Расчетные значения просадок позволяют определить тип грунтовых условий по про5 садочности: I тип − просадка грунта происходит в основном от внешней нагрузки, а просадка от собственного веса не превышает 5 см; II тип − просадка от собственного веса превышает 5 см и происходит главным образом в нижней части основания. Это разграничение по типам влияет на назначение противопросадочных мероприятий и рациональных типов фундаментов.

Ф.18.34. В чем заключаются принципы строительства на просадочных грунтах?

Если исключена возможность замачивания лессовых грунтов, то проектирование оснований и фундаментов ведется как при обычных грунтах.

Принципы проектирования:

1)принятие водозащитных мер, препятствующих проникновению воды в основание;

2)устранение просадочных свойств грунтов;

3)прорезка просадочных грунтов глубокими фундаментами.

Ф.18.35. В чем заключаются конструктивные мероприятия при

строительстве на просадочных грунтах?

Их обычно применяют при строительстве на грунтах II типа по просадочности. Они заключаются в повышении пространственной жесткости зданий − разрезкой на блоки, разделенные осадочными швами, устройством железобетонных поясов, армированием кладки.

Для гибких схем конструкций иногда можно, наоборот, увеличить податливость. Может предусматриваться также восстановление зданий в процессе эксплуатации − подъем домкратами или, наоборот, допросадка в частях, где просадка оказалась меньшей, чем рядом.

376

Ф.18.36. Каким путем можно устранить просадочные свойства грунтов?

Просадочные свойства грунтов можно устранить следующими способами:

1.Уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками. При трамбовании механически ломаются структурные связи в грунте. Для грунтов I типа трамбованием удается полностью устранить просадочные свойства в верхнем слое толщиной до 151,5 м. Для грунтов II типа по про5 садочности необходимо еще и глубинное уплотнение. Недостатком данного метода является возникновение сильных колебаний; поэтому вблизи уже построенных зданий его следует использовать с осторож5 ностью.

2.Устройством фундаментов в вытрамбованных котлованах. По сути, это то же трамбование, но только трамбовками определенной формы с одновременным устройством тела фундамента. Эффект уплотнения ограничен; поэтому иногда устраивают двухслойное основание, втрамбовывая в нижний слой щебень.

3.Предварительным замачиванием в сочетании с подводными взрывами мелкими зарядами. При этом поверхность грунта оседает, и требуется выполнить досыпку, уплотнив ее трамбованием и укаткой. При замачивании следует определить количество воды, необходимое для того, чтобы влажность грунта была выше начальной просадочной влажности.

4.Прорезкой просадочного грунта сваями. Этот метод является косвенным, так как он напрямую не устраняет просадочные свойства грунтов. Применяются забивные призматические или пирамидальные сваи. Неполная прорезка просадочных грунтов используется только при I типе грунтов по просадочности. При просадочных грунтах II типа необходимо учитывать отрицательное трение, действующее на сваи.

5.Химическим закреплением и термообжигом просадочных грун5 тов, но они являются наиболее дорогими способами.

Ф.18.37. Какой способ устранения просадочных свойств грунтов является наиболее простым?

Наиболее простым является трамбование, но этот способ эффекти5 вен при грунтах I типа по просадочности.

Ф.18.38. Каким образом осуществляется предварительное замаF чивание лессовых просадочных грунтов?

Замачивание ведется с поверхности, из котлованов, в которые по мере убывания доливается вода, а также через специально выпол5 ненные скважины. За процессом ведется наблюдение, и по мере увлажнения отбираются пробы на влажность.

377

Ф.18.39. Применяются ли свайные фундаменты при просадочных грунтах?

Да, применяются: 1) железобетонные забивные сваи, прорезающие толщу просадочных грунтов; 2) набивные сваи могут использоваться с уширением при условии опирания их на плотные слои непросадочного грунта; 3) пирамидальные короткие сваи применяются при небольшой толще просадочных грунтов и при условии прорезки ими всей просадочной толщи.

Ф.18.40. Возможно ли применение грунтовых и песчаных свай при просадочных грунтах?

Грунтовые сваи применяются при просадочных грунтах – это способ усиления основания. В результате получается не свайный фундамент, а искусственное основание. Грунт в этих сваях глинистый, утрамбованный и практически не проводящий влагу. Песчаные сваи не используются, так как они являются дренами и способствуют увлажнению грунтов основания, а следовательно, их просадке.

Ф.18.41. Какие грунты называются набухающими?

Грунты, увеличивающиеся в объеме при повышении их влажности, называются набухающими. При набухании наблюдается подъем поверхности грунта. Набухание происходит за счет увеличения тол5 щины водных пленок, окружающих частицы грунта. При снижении влажности эти грунты они уменьшают свой объем и дают усадку.

Ф.18.42. Что такое давление набухания?

Относительное набухание определяется в одометре и представляет собой отношение разности высот образца после набухания и в природном состоянии к высоте ненабухающего образца, обжатого природным давлением. У "ненабухающих" грунтов это отношение меньше 0,04; сильнонабухающими называются грунты, если оно больше 0,12. Давление набухания соответствует давлению, возника5 ющему в грунте в одометре, если ему не дать увеличиваться в объеме.

Ф.18.43. Как определить подъем поверхности основания из набуF хающих грунтов?

Это делается методом послойного суммирования. В основании фундамента учитывается противодействие от веса незамоченного грунта. На нижней границе зоны набухания принимается условие, при котором суммарное вертикальное напряжение от веса грунта и внешней нагрузки равно давлению набухания.

378

равномерность подъема. Компенсирующие песчаные подушки допус5 кают более или менее равномерный подъем на уровне заложения подошвы фундаментов.

Ф.18.46. Какие конструктивные мероприятия применяются для зданий

исооружений, возводимых на набухающих грунтах?

Кним относится увеличение жесткости сооружений. Здания раз5 деляются на короткие блоки осадочными швами длиной не более 30 м. Устраиваются армированные пояса. Здания более чувствительны к неравномерным подъемам, чем к осадкам. Предпочтение отдается ленточным и столбчатым фундаментам. Для конструкций иногда предусматривается возможность рихтовки (например для подкрановых путей). Предпочтительно увеличение давления под подошвой,

противодействующего силам подъема. Предельные значения подъема назначаются в размере 25 % предельной осадки, а неравномерность − 50 % от неравномерной осадки.

Ф.18.47. Какие особенности характеризуют илы, ленточные глины, заторфованные грунты и торфы?

Отличительными особенностями этих грунтов являются их высокая водонасыщенность и большая сжимаемость, которая проявляется при преодолении прочности структурных связей, обладающих тиксо5

тропными свойствами, т.е. свойствами восстановления своей струк5 туры после ее разрушения − разрушаются цементационные связи, а с течением времени в грунте возникают связи водно5коллоидные. Эти грунты обладают низкой прочностью, угол внутреннего трения близок к нулю, прочность обеспечивается в основном за счет сцепления. Из5за плохой водоотдачи эти грунты консолидируются медленно; поэтому расчет оснований, слагаемых этими грунтами, производится по первому предельному состоянию.

Ф.18.48. Различаются ли механические свойства открытых и

погребенных органогенных грунтов?

Да, различаются − погребенные грунты обладают несколько боль5 шей прочностью и меньшей сжимаемостью из5за того, что они были уплотнены пригрузкой.

Ф.18.49. Каким образом наличие структурной прочности влияет на кривые компрессионного сжатия и среза?

Наличие структурных связей характеризуется небольшими гори5 зонтальными участками как на той, так и на другой кривой. После пре5 одоления структурных связей компрессионная кривая с увеличением давления более резко опускается вниз, а кривая среза приобретает подъем.

380

Ф.18.50. Следует ли прогнозировать нарастание осадок во времени при расчетах оснований из сильноводонасыщенных грунтов по второму предельному состоянию и следует ли производить для них расчеты по первому предельному состоянию?

Поскольку слабые структурно5неустойчивые грунты (илы, био5 генные грунты) практически полностью водонасыщены и сильно сжимаются, для расчета осадок на них возможно применение решений теории фильтрационной консолидации, позволяющих определить развитие осадок с течением времени. Кроме того, для этих грунтов следует производить расчеты основания также по первому предельному состоянию, так как при условии неполной консолидации прочность основания обеспечивается в основном сцеплением в грунте, а трение "включается" с рассеиванием порового давления.

Ф.18.51. Каким образом производится предпостроечное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов?

Делается фильтрующая пригрузка. Эффективным является применение песчаных и бумажных дрен. При небольшой толще биогенных грунтов их следует заменить другими. Это называется выторфовыванием.

Ф.18.52. Следует ли учитывать отрицательное трение при прорезке свайными фундаментами биогенных грунтов?

Да, если при прорезке свайными фундаментами биогенных грунтов возможны их уплотнение и возникновение сил отрицательного трения.

Ф.18.53. Какие фундаменты называются плавающими и возможно ли их применение на слабых водонасыщенных грунтах?

Плавающими называются фундаменты мелкого заложения, пере5 дающие на грунт давление, не превышающее давления от вынутого грунта, т.е. очень небольшое давление. Они могут быть применены при строительстве на слабых биогенных грунтах.

Ф.18.54. Какими приемами может быть снижена чувствительность конструкций к неравномерным осадкам при строительстве на биогенных грунтах?

Применением бескаркасных конструкций простой конфигурации, разрезкой осадочными швами на короткие жесткие блоки, устройством армированных швов и поясов в нескольких уровнях. Преду5 сматривается рихтовка подкрановых путей. Вводы коммуникаций должны обеспечить их безаварийную эксплуатацию при существенных деформациях.

Ф.18.55. Какие особенности следует учитывать при устройстве котлованов в слабых грунтах?

Следует обеспечить устойчивость стенок котлованов, позаботиться о предохранении грунтов от атмосферных осадков, промораживания,

381

повреждения механизмами и подтопления. При разработке котлованов механизмами следует предусматривать недобор бульдозерами и обрат5 ной лопатой до 40 см. При глубине котлованов до 2 м угол откоса должен быть не более 30°. При эксплуатации следует исключить воз5 можность понижения уровня грунтовых вод, чтобы не вызвать больших дополнительных деформаций. Если грунты сильнопучинистые, их следует предохранять от промораживания.

Ф.18.56. Какие грунты следует считать засоленными и как надо учитывать их особенности?

Засоленными следует считать грунты, содержащие значительное количество водорастворимых солей. При увлажнении и выщелачива5 нии таких грунтов уменьшается несущая способность и увеличивается деформируемость. Удаление солей снижает сцепление и увеличивает пористость. Характерным является суффозионное сжатие, вызываемое рассолением вследствие дополнительного увлажнения. Начальной величиной считается относительное сжатие, составляющее 1 %.

Ф.18.57. Какие мероприятия предпринимаются при строительстве на засоленных грунтах?

В водонасыщенных засоленных грунтах применяют песчаные подушки, вертикальные дрены, песчаные сваи. В маловлажных грунтах устраивают грунтовые подушки, в которых грунт уплотняется, и они служат экраном для проникающей воды. Для глубинного уплотнения устраивают грунтовые сваи в пределах всей толщи засоленных грунтов. Глубинные слои можно доуплотнять тяжелыми трамбовками.

Ф.18.58. Какие типы фундаментов рекомендуются на засоленных грунтах?

При небольшой толщине слоя засоленных грунтов (до 4 м) можно их прорезать столбчатыми фундаментами, при большей толщине – лучше заменить свайными фундаментами. Для тяжелых сооружений можно использовать опускные колодцы. При выборе материалов фундаментов следует учитывать возможность солевой коррозии. Делаются защитные покрытия из смол, битумных материалов, а также оклейка рулонными материалами.

Ф.18.59. Как подразделяются насыпные грунты?

Насыпные грунты возникли в результате деятельности человека. Они весьма неоднородны по составу, подвержены самоуплотнению от веса вышележащих слоев, разложению органических компонентов. Их можно подразделить на три подгруппы:

1) планомерно возведенные насыпи – дамбы, плотины, насыпи дорог; они возводятся отсыпкой с уплотнением или гидронамывом;

382

2)отвалы грунтов и отходов промышленных производств − сюда относятся золоотвалы, шламоотвалы;

3)свалки, которые образуются в результате самопроизвольного сбрасывания отходов производств и бытовых отходов.

Ф.18.60. Какое время обычно требуется для самоуплотнения наF сыпных грунтов?

Планомерно возведенные насыпи из глинистых грунтов самоуплот5 няются до 5 лет, золы − до 10 лет, свалки из глинистых грунтов − до 30 лет.

Ф.18.61. По каким группам предельных состояний рассчитываются

насыпные грунты?

По обеим группам предельных состояний − по I и II.

Ф.18.62. Как следует устраивать фундаменты на насыпных грунтах?

Целесообразно применение забивных и буронабивных свай. Используется вытрамбовывание котлованов.

383

Ф.19. ФУНДАМЕНТЫ НА СКАЛЬНЫХ, ЭЛЮВИАЛЬНЫХ ГРУНТАХ, ПРИ ЗАКАРСТОВАННЫХ

И НА ПОДРАБОТАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Ф.19.1. По какому предельному состоянию проектируются фунF даменты, возводимые на скальных основаниях?

Поскольку скальные грунты дают малые деформации, то опре5 деляющими являются расчеты по первому предельному состоя5 нию − по прочности.

Ф.19.2. Какой вид фундаментов рекомендуется при глубоком залегании скальных грунтов?

Если верхние четвертичные отложения обладают небольшой мощ5 ностью, то следует их прорезать и опереть фундаменты на скальные грунты. Целесообразно также применение свай5стоек или буровых опор. Их немного заглубляют в скальный грунт.

Ф.19.3. Какие величины сжимаемой толщи рекомендуются для элювиальных грунтов?

К элювиальным грунтам относят продукты выветривания коренных скальных пород, если они остаются на месте выветривания.

СНиП, принимаемое обычно равным 0,2, для элювиальных грунтов принимается большим. Если в песчаных грунтах количество частиц крупнее 2 мм более 25 % по весу, то данное отношение равно 0,35, для щебенистых грунтов – 0,8.

Ф.19.4. Что называется карстом?

Карстом называется совокупность явлений, связанных с раство5 рением горных пород и образованием в них пустот. На поверхности эти явления вызывают просадки, провалы.

Ф.19.5. Какие рекомендуются способы противокарстовой защиты?

Рекомендуются:

1) уменьшение интенсивности растворения: создание фильтраци5 онных завес, осушение массива, заполнение пустот грунтом и тампо5 нажными растворами, закрепление покрывающей толщи грунтов.

384

Тампонажными растворами служат глинисто5песчано5цементные растворы;

2)мероприятия, связанные с предотвращением утечек воды и сброса промышленных вод;

3)конструктивная защита зданий и сооружений от опасных деформаций, вызываемых карстовыми провалами.

Ф.19.6. Какие территории относятся к категории подрабатываемых?

Кэтой категории относятся территории, под которыми ведутся или велись горные разработки; в результате могут появиться провалы, трещины, оседания, горизонтальные сдвижения и деформации.

Ф.19.7. В чем заключаются принципы проектирования и защитные мероприятия при строительстве на подрабатываемых территориях?

Здания и сооружения проектируются по жесткой или податливой

гибкой схеме. В первом случае (по жесткой схеме) расчет ведется по первому предельному состоянию, по гибкой схеме − по второму. Для

увеличения жесткости устраиваются пояса. Могут предусматриваться приемы рихтовки − домкраты. При устройстве свайных фундаментов следует учесть возможность горизонтальных смещений.

385

Ф.20. ФУНДАМЕНТЫ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Ф.20.1. Чем могут быть вызваны динамические воздействия на соF оружения?

Причины могут быть различными: уплотнение грунта трамбовками, забивка свай и шпунта, работа машин с неуравновешенно вра5 щающимися частями − компрессоров, лесопильных рам, прокатных станов, копров, мельниц; движение наземного и подземного транс5 порта; порывы ветра, сейсмические воздействия, взрывы и др.

Ф.20.2. На какие два вида можно подразделить колебания?

Колебания подразделяются на собственные и вынужденные. При свободных колебаниях источник колебания находится внутри колеб5 лющегося тела, в результате чего происходит его отклонение от устой5 чивого равновесия. Вынужденные колебания возникают вследствие внешнего воздействия. Если вынужденные колебания совершаются с тем же периодом, какой имеет и источник колебания, то такие колебания называются установившимися.

Ф.20.3. Чем отличаются вибрационные, ударные и сейсмические нагрузки?

У вибрационных нагрузок силы, их вызывающие, изменяются по гармоническому закону − например вращение машин с неуравно5 вешенными массами; ударные нагрузки отличаются однократным или многократным кратковременным импульсом − забивка свай, кузнеч5 ные молоты. Сейсмические нагрузки возникают при землетрясениях.

Ф.20.4. Что характерно для собственных колебаний системы?

Собственные колебания системы являются свободными. Они опре5 деляются параметрами и жесткостью конструкции. Вследствие сопро5 тивления окружающей среды происходит их затухание, т.е. рассеи5 вание − диссипация энергии первоначального импульса. Эти коле5 бания всегда затухающие.

В результате диссипации энергии происходит уменьшение амплитуды колебаний.

Ф.20.5. Что характерно для вынужденных колебаний?

Если сооружение и основание все время находятся под действием возмущающих сил, то такие колебания называются вынужденными. Они не затухают в течение всего времени действия сил, их

386

вызывающих, и зависят от параметров колебающейся системы и закона изменения возмущающих сил.

Ф.20.6. Какие колебания называются периодическими и какие – гармоническими?

Периодическими называются незатухающие колебания, график которых повторяется через одинаковые промежутки времени, имену5 емые периодами. Периодические колебания, графики которых яв5 ляются функциями синуса или косинуса, называются гармоническими. Период колебаний − это время, необходимое для завершения одного полного колебания. Частота колебания − это число колебаний в единицу времени. Величина наибольшего отклонения от равновесного положения − это амплитуда колебания. Размах − это две амплитуды. Декремент затухания (или коэффициент затухания) характеризует скорость затухания колебаний. Декремент − это натуральный логарифм отношения амплитуд двух последовательных колебаний − последующего к предыдущему.

Ф.20.7. Что называется резонансом и чем сопровождается резонанс?

Если собственная частота колебаний системы совпадает с частотой вынужденных ее колебаний, то наступает резонанс. Амплитуда коле5 баний всей системы при этом возрастает, иногда резко.

Ф.20.8. Что такое виброкомпрессия и виброползучесть грунта и в чем они проявляются?

Виброкомпрессия несвязных грунтов − это их дополнительное уплотнение при вибрационных или часто повторяющихся ударных нагрузках. При увеличении частоты вибрации перемещение частиц грунта напоминает явление ползучести и называется виброползу5 честью. При увеличении частоты колебаний возможно виброразжи5 жение грунта.

Ф.20.9. Какие виды фундаментов рекомендуется применять при наличии динамических нагрузок?

Применяются фундаменты мелкого заложения и свайные. Они могут быть монолитными, сборно5монолитными и сборными. Стати5 ческие нагрузки на такие фундаменты от оборудования обычно небольшие. Практически применяют фундаменты массивные в виде плиты или блока, стенчатые из поперечных и продольных стен, связанных с фундаментной плитой, и рамные, представляющие собой пространственную конструкцию из верхней плиты, балок и стоек, опи5 рающихся на фундаментную плиту. Для машин ударного действия с большими нагрузками используют массивные фундаменты, а для других − облегченные фундаменты.

387

Ф.20.11. Какие применяются мероприятия, если в основании фунF даментов машин имеются слабые грунты?

При наличии слабых грунтов толщиной до 1,5 м производится их замена, а при большей мощности − укрепление или устройство свай5 ных фундаментов. Подошва фундаментов обычно прямоугольная в плане, а смежные фундаменты следует закладывать на одной отметке.

Ф.20.12. Каким образом проверяется, допустимо ли данное среднее давление под подошвой фундамента?

Среднее давление под подошвой фундамента машины должно быть меньше расчетного сопротивления R, вычисленного обычным спо5 собом, умноженного на два понижающих коэффициента, один из которых зависит от вида грунта, а второй – от вида машины. Это произведение изменяется от 1 до 0,35.

Ф.20.13. По какому критерию производятся расчеты фундаментов машин на динамическую нагрузку?

Расчеты производятся по второму предельному состоянию a ≤ aи, сравниваются наибольшая амплитуда колебаний фундамента по рас5 чету a и предельно допустимая амплитуда колебаний aи, определяемая из задания на проектирование или по специальной главе СНиП 2.02.05587. Величина aи для высокочастотных машин 0,05 мм, для низкочастотных – 0,2 мм, для кузнечных молотов aи = 1,2 мм.

Ф.20.14. Какая упрощенная схема используется для расчета взаимоF действия колебающихся вместе с фундаментом машины и основания?

Машина вместе с фундаментом представляет собой жесткое тело с массой, расположенной в центре тяжести действующих статических нагрузок. Основание рассматривается как не имеющее массы и де5 формируется упруговязко. Пружины деформируются упруго, а поршни с цилиндрами воспроизводят вязкое сопротивление. Действующие усилия раскладываются на вертикальную и две горизонтальные состав5 ляющие, а также на три момента. Считается, что эти воздействия вызывают соответственно три линейных перемещения и три поворота в соответствующих плоскостях. Дальнейшие упрощения связаны с предположениями о возможных перемещениях в одном или двух направлениях, поворотом в одной или двух плоскостях, а также с неучетом тормозящего колебания действия вязких сопротивлений − в виде цилиндров.

389

Ф.20.15. Каким уравнением описывается колеблющаяся только поступательноFвертикально система "фундамент – основание"?

Это обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка

где m − масса всей системы; Bz − коэффициент демпфирования ос5 нования при вертикальных колебаниях; z − величина перемещения в вертикальном направлении вдоль оси z; t − время; Kz − коэффициент жесткости основания для упругого равномерного сжатия при вертикальных колебаниях; ω − угловая скорость вращения машины,

ω = 2πf = 2π ; f − частота вынужденных колебаний; T − период ко5

T

лебаний; Fz − действующая в вертикальном направлении сила. В этом

уравнении Bz dz и Kzz соответствуют демпфирующей и упругой частям dt

реакции основания.

Ф.20.16. Сколько степеней свободы рассматривается обычно при решении задачи о колебаниях фундаментов?

Всего в общей схеме имеется 6 степеней свободы. В упрощенном случае рассматриваются три степени свободы − перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также повороты в вертикальной плоскости.

Ф.20.17. В каких случаях можно пренебречь влиянием колебаний от машин на несущую способность грунта основания?

В том случае, если от импульсного источника возникают колебания со скоростью менее 15 мм/с, а от источника периодического дейст5 вия − менее 2 мм/с, влиянием колебаний на несущую способность можно пренебречь.

Ф.20.18. Какие колебания испытывает поверхность земли при воздействии землетрясений?

Поверхность земли при землетрясениях испытывает вертикальные и горизонтальные колебания. Вертикальные колебания наибольшее влияние оказывают вблизи эпицентра, а по мере удаления от него они затухают быстрее горизонтальных; поэтому большее влияние начинают оказывать горизонтальные колебания.

Ф.20.19. Какой шкалой для оценки сейсмических воздействий мы пользуемся?

Для оценки сейсмичности существует 125балльная шкала. При балльности менее 7 баллов сейсмичность не учитывается. Строи5

390

тельство сооружений разрешается только с силой сейсмического воз5 действия не более 9 баллов. Сейсмичность площадки строительства зависит как от сейсмичности района, населенного пункта, так и от вида и состояния грунта.

Ф.20.20. На какие три категории можно подразделить грунты по их сейсмическим свойствам?

Первая категория − это наиболее устойчивые грунты: скальные, крупнообломочные плотные, вечномерзлые, твердомерзлые.

Вторая категория: выветрелые скальные грунты, пески средней крупности, мелкие средней плотности маловлажные, глинистые грун5 ты пластичные и др.

Третья категория: пески рыхлые, оттаивающие вечномерзлые грунты.

С повышением категории возрастает сейсмичность площадки в баллах.

Ф.20.21. Как рекомендуется определять предварительные размеры фундаментов в сейсмоопасных районах?

Предварительные размеры допускается определять по дефор5 мациям на основное сочетание нагрузок. Однако затем при оконча5 тельных расчетах должна быть произведена проверка по первому предельному состоянию − по несущей способности на особое сочетание нагрузок. Расчет по несущей способности выполняется на возможные сдвиг и опрокидывание.

Ф.20.22. Влияет ли сейсмичность района строительства на выбор глубины заложения подошвы фундамента?

Глубина заложения в грунтах I и II категорий принимается такой же, как и в несейсмичных районах. Для грунтов III категории рекомен5 дуются водопонижение, укрепление грунтов, подвальных помещений. Конструкции зданий усиливаются.

Ф.20.23. Какой вид эпюры реактивных давлений принимается в расчетах фундаментов мелкого заложения при сейсмическом воздействии?

При сейсмическом воздействии эпюра предельного давления может быть принята прямоугольной или трапецеидальной, в зависимости от балльности площадки строительства. В расчет вводится понятие предельного значения относительного эксцентриситета. При расчетах на сейсмические воздействия допускается частичный отрыв подошвы фундамента от грунта, т.е. выход равнодействующей за пределы ядра сечения.

391

Ф.20.24. Как рекомендуется заглублять свайные фундаменты в сейсмоопасных районах и на какие грунты не разрешается их опирать?

Острие свай рекомендуется опирать на скальные и крупнооб5 ломочные грунты, плотные и средней плотности пески, твердые, по5 лутвердые и тугопластичные глины. Не допускается опирать сваи на рыхлые водонасыщенные пески, мягкопластичные и текучепластичные глинистые грунты. Заглубление свай в грунт должно быть не ме5 нее 4 м.

Ф.20.25. Какие особые рекомендации можно дать по проектированию сейсмостойких фундаментов?

Целесообразно применять ленточные, из перекрестных лент и плитные фундаменты. Стыки усиливаются арматурными сетками. Отдельные столбчатые фундаменты соединяются балками. В зданиях выше 9 этажей предусматривается монолитная подвальная часть; а если применяется крупноблочная конструкция, то вводится перевязка швов. Могут применяться специальные прокладки и гасители, сни5 жающие сейсмические нагрузки.

392

Ф.21. РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ, СТРОИТЕЛЬСТВО В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Ф.21.1. Назовите основные виды разрушения фундаментов, нуждаF ющихся в реставрации.

Расслоение кладки, выкрашивание раствора из швов, трещины в бетонных и железобетонных фундаментах.

Ф.21.2. Какие причины могут вызвать необходимость реконструкции фундаментов?

1)Изменение свойств грунтов оснований. Это может произойти вследствие изменения гидрогеологической обстановки − уровня под5 земных вод, их агрессивности, загрязнения их техническими отходами производства.

2)Развитие недопустимых деформаций из5за ухудшения свойств грунтов основания, из5за ошибок при проектировании и возведении фундаментов.

3)Проведение работ вблизи зданий и строительство вблизи них новых объектов − разработка котлованов и траншей, прокладка ком5 муникаций; строительство рядом с существующим фундаментом, вызывающее дополнительную неравномерную осадку или сдвиг; дина5 мические нагрузки на основание при забивке свай, вибропогружение шпунта.

Ф.21.3. В чем различаются принципы расчетов для существующих и дополнительно возводимых фундаментов?

При существующих фундаментах и необходимости реконструкции рассчитываются нагрузки на верхнем обрезе фундамента и в уровне его подошвы. Затем проверяется расчетом материал фундамента на проч5 ность, после чего проверяется расчетное сопротивление грунта обычным способом. На основе этого решается вопрос о необходимости усиления фундаментов. Затем производятся расчеты на деформации и их неравномерность.

Ф.21.4. Каким образом рекомендуется определять допустимые давления на грунты основания существующих фундаментов после реконструкции?

Допустимые давления под подошвой фундамента в этом случае, как

иобычно, ограничиваются величиной расчетного сопротивления. Расчетное сопротивление R определяется согласно формулам и

393

рекомендациям СНиП. Новое расчетное сопротивление выше, чем R, в связи с тем, что грунты под нагрузкой, передаваемой существующим сооружением, подвергались дополнительному и длительному уплот5 нению. Поэтому величина R умножается на коэффициенты, которые больше единицы. Однако поправки регламентируются отношением рассчитанной осадки при давлении p=R и предельной осадки sи;

причем за критерий берется sR = 0,2 . С увеличением этого отношения sи

снижается величина коэффициента, повышающего значение R.

Ф.21.5. В чем заключается укрепление фундамента цементацией?

Для этого в теле фундамента пробуривают отверстия для установки инъекторов, через которые под давлением нагнетают цементный раствор. Если нижняя часть фундамента сильно ослаблена, то фундамент вывешивают и подводят новые блоки или производят бетонирование в нижней разрушенной части с ее заменой.

Ф.21.6. Что представляет собой железобетонная обойма для укрепF ления фундамента?

Это обетонирование фундамента. Возможны применение арматуры и стяжка старого фундамента, заделка обоймы в его теле с помощью анкеров.

Ф.21.7. Как производится уширение фундаментов?

Если расчетное сопротивление меньше среднего давления под подошвой фундамента, то производится уширение подошвы. Укла5 дываемые рядом с уширяемым фундаментом блоки примоноличи5 ваются к нему. Целесообразно произвести предварительное обжатие грунта основания через эти вновь укладываемые блоки. В этом случае вся подошва после увеличения нагрузки, например после надстройки, включится в равномерную работу. В случае большого возрастания дей5 ствующих нагрузок возможна подводка под здание плиты. Ее можно заложить несколько выше подошвы существующих фундаментов и заделать в стены. Возможно также устроить дополнительные опоры.

Ф.21.8. Как производится постановка фундаментов на сваи?

Возможно произвести усиление действующих фундаментов с по5 мощью подводки под них свай. Поскольку забивка свай может повлечь разрушение фундаментов, то производится задавливание свай. Чаще для усиления используются набивные сваи. Устраиваются также буро5 инъекционные сваи. Для этого наклонные скважины бурятся через су5 ществующий фундамент в грунт, после чего они заполняются бетоном.

Ф.21.9. Какие могут рекомендоваться способы укрепления оснований?

Для укрепления оснований могут рекомендоваться:

− цементация в трещиноватых скальных и закарстованных грунтах;

394

−силикатизация одно5 и двухрастворная, а также газовая в просадочных и песчаных грунтах;

−смолизация в песчаных грунтах (этот вид закрепления при5 меняется редко), а также другие способы закрепления грунтов.

Ф.21.10. Какому дополнительному условию следует удовлетворить в отношении осадок при строительстве зданий рядом с существующими?

Опыт показал, что строительство более низких домов рядом с более высокими уже существующими привело к значительно меньшим повреждениям существующих домов, чем строительство более высоких домов рядом с существующими более низкими. Для строительства новых домов вблизи существующих следует рассчитать их вероятную осадку. При выполнении расчетов руководствуются следующими зави5

симостями: по СНиП должно быть s<su, но, кроме того, должно быть sad≤ sad,u, т.е. дополнительная осадка sad от загружения основания существующего здания проектируемым должна быть меньше предель5 ной совместной дополнительной sad,и. При этом используется понятие категорий зданий, поскольку опасность дополнительных деформаций

зависит от состояния существующих зданий. Если s<su, но sad>sad,u, то рекомендуется применять специальные мероприятия (устраивать фундаменты с консолями, разделительный шпунт и др.).

Ф.21.11. Каким условиям следует удовлетворять, если строительство ведется вплотную рядом с существующими зданиями и сооружениями?

Если строительство ведется рядом с существующим зданием вплотную и отметки заложения подошв нового и старого фундаментов совпадают, то разрабатывать весь котлован до стенки существующего фундамента нельзя без специальных мероприятий. Строительство в этом случае производят захватками; причем соседняя захватка делается только после возведения фундамента на предыдущем участке.

Если глубина закладки нового фундамента больше, чем сущест5 вующего, то применяется шпунтовое ограждение или стена в грунте. Водопонижение в этих случаях следует проводить с осторожностью, так как оно может вызвать дополнительные осадки. Для рядом строящихся зданий следует стремиться к использованию однотипных фундаментов.

Ф.21.12. В чем заключается предложение возведения новых зданий рядом со старыми с применением консолей?

Смысл предложения заключается в том, что фундамент нового здания не доводится до фундамента старого здания, а конструкция здания вынесена на консоль − плиту – и не опирается в этой части на грунт основания. Другим приемом является устройство разделитель5 ного шпунта между зданиями. Шпунт заглубляется в подстилающий слой плотных грунтов.

395